一種石墨烯改性聚甲醛復(fù)合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于高分子材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種石墨烯改性聚甲醛復(fù)合材料的制備方法，具體為：將改性石墨烯與聚甲醛按重量比0.0001～1.0:1加入到反應(yīng)器中，然后于140～220℃攪拌反應(yīng)0.1～96h，出料，室溫晾干后經(jīng)成型即得。本發(fā)明方法可以使石墨烯在聚甲醛基體內(nèi)分散均勻并提高石墨烯與聚甲醛間的界面結(jié)合力，從而提高了聚甲醛復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、缺口沖擊強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率等性能，可廣泛用于汽車、電子電器、機(jī)械、精密儀器和建材等領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】一種石墨烯改性聚甲醛復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種石墨烯改性聚甲醛復(fù)合材料的制備方法，該種石墨烯改性的聚甲醛材料可以用來(lái)制備各種新型的、性能優(yōu)異的聚甲醛制品，可廣泛用于汽車、電子電器、機(jī)械、精密儀器和建材等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是2004年才發(fā)現(xiàn)的一種有奇異性能的新型材料，它是由碳原子組成的二維六角點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，具有單一原子層或幾個(gè)原子層厚度。石墨烯具有高的電、熱導(dǎo)率，良好的機(jī)械強(qiáng)度等諸多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在材料與工程領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。結(jié)構(gòu)完整的石墨烯是由穩(wěn)定的苯六元環(huán)組成的二維晶體，表面呈惰性，化學(xué)穩(wěn)定性高，并且石墨烯片層之間有較強(qiáng)的范德華力，容易聚集，難溶于其他介質(zhì)，從而在一定程度上阻礙了石墨烯的進(jìn)一步研究和應(yīng)用。
[0003]聚甲醛是一種熱塑性工程塑料，在較大的溫度范圍內(nèi)具有較高的彈性模量、硬度和剛性等機(jī)械性能，在很多場(chǎng)合可以替代鋼鐵、銅、鋅、鋁等金屬材料。我國(guó)聚甲醛市場(chǎng)潛力巨大，主要用于汽車、電子電器、機(jī)械、精密儀器和建材等領(lǐng)域，這些均是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的戰(zhàn)略性行業(yè)。雖然聚甲醛是一種綜合性能優(yōu)異的熱塑性工程塑料，但由于其結(jié)晶度高，晶粒大，導(dǎo)致其缺口敏感性大，沖擊韌性低，再加上其電絕緣性，極大地限制了聚甲醛在很多領(lǐng)域中應(yīng)用范圍的擴(kuò)大。
[0004]多年來(lái)通過(guò)共混改性來(lái)改善聚甲醛性能的研究非?；钴S。但由于聚甲醛是弱極性線型結(jié)晶聚合物，既無(wú) 側(cè)基又無(wú)功能性基團(tuán)，與其它樹(shù)脂或無(wú)機(jī)填料相容性差，因此難以通過(guò)簡(jiǎn)單共混方式制備有效的聚甲醛基復(fù)合材料。在這種三元甚至更多元復(fù)合體系中，填料在聚甲醛中的分散問(wèn)題以及各組分間界面作用問(wèn)題一直是阻礙聚甲醛復(fù)合材料性能大幅提升的重要因素。普通石墨烯由于其表面無(wú)官能團(tuán)，很難與聚甲醛(POM)進(jìn)行復(fù)合，從而阻礙了石墨烯改性聚甲醛制備高性能復(fù)合材料的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于提供一種石墨烯改性聚甲醛復(fù)合材料的制備方法，其可以使石墨烯在聚甲醛基體內(nèi)分散均勻并提高石墨烯與聚甲醛間的界面結(jié)合力，從而提高了聚甲醛復(fù)合材料的綜合性能。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種石墨烯改性聚甲醛復(fù)合材料的制備方法，具體為:將改性石墨烯與聚甲醛按重量比0.0001~1:1 (優(yōu)選0.001~0.01:1)加入到反應(yīng)器中，然后于140~220°C攪拌反應(yīng)
0.1~96h，出料，室溫晾干后經(jīng)成型即得。
[0007]具體的，所述的改性石墨烯優(yōu)選為氨基化石墨烯或烷氧基化石墨烯；可以使用普通市售產(chǎn)品，或者按照本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)進(jìn)行制備。
[0008]所述的聚甲醛為均聚甲醛或共聚甲醛，可使用普通市售產(chǎn)品。
[0009]所述的反應(yīng)器可以為密煉機(jī)或共混擠出機(jī)。[0010]所述的成型工藝具體包括切片、注射、擠出、壓制、吹塑或澆鑄等。
[0011]本發(fā)明使用的改性石墨烯表面連有特定官能團(tuán)，能與聚甲醛分子鏈產(chǎn)生相互作用，如氨基化的石墨烯可以與聚甲醛發(fā)生氫鍵作用，烷氧基化的石墨烯會(huì)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)相似而與聚甲醛相容性很好，這些都有助于改善石墨烯與聚甲醛的相容性，使得石墨烯填料與聚甲醛基體的界面結(jié)合力大大提高，從而提高了聚甲醛復(fù)合材料綜合性能。
[0012]本發(fā)明為克服填料與聚甲醛相容性差的問(wèn)題，通過(guò)在石墨烯表面修飾一些功能基團(tuán)，合成一系列能夠與聚甲醛有效相容的功能化石墨烯，以達(dá)到石墨烯在聚甲醛基體內(nèi)分散均勻并提高石墨烯與聚甲醛間的界面結(jié)合力，從而提高聚甲醛復(fù)合材料的綜合性能。該種石墨烯改性的聚甲醛材料可以用來(lái)制備各種新型的、性能優(yōu)異的聚甲醛制品。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法的有益效果:1)通過(guò)利用表面含有氨基或烷氧基基團(tuán)的改性石墨烯作為填料，使得改性石墨烯與POM具有較好的相容性，從而對(duì)POM有較好的增韌效果。2)制備工藝簡(jiǎn)單、快捷，制備所得的改性聚甲醛材料拉伸強(qiáng)度可達(dá)到70 - 90MPa，缺口沖擊強(qiáng)度可達(dá)到8 — 13KJ/m2， 斷裂伸長(zhǎng)率為50 — 65%。尺寸穩(wěn)定性良好，易于加工成型，可廣泛用于汽車、電子電器、機(jī)械、精密儀器和建材等領(lǐng)域。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此。
[0014]下述各實(shí)施例所使用的氨基化石墨烯和烷氧基化石墨烯分別參照文獻(xiàn)①、②進(jìn)行制備，文獻(xiàn)信息如下:
①.Enhanced Chemotherapy Efficacy by Sequential Delivery of siRNA andAnticancer Drugs Using PE1-Grafted Graphene Oxide, SMALL, 2011 (7) 460 - 464;
②.PEGylated reduced graphene oxide as a superior ssRNA delivery systemJournal of Materials, Chemistry B, 2013 (1) 749 - 755。
[0015]實(shí)施例1
一種石墨烯改性聚甲醛復(fù)合材料的制備方法，具體為:將0.1g烷氧基化石墨烯與100g均聚甲醛加入到密煉機(jī)中，于180°c攪拌反應(yīng)2h，出料，室溫晾干后經(jīng)切片即得。
[0016]實(shí)施例2
一種石墨烯改性聚甲醛復(fù)合材料的制備方法，具體為:將0.2g烷氧基化石墨烯與100g均聚甲醛加入到密煉機(jī)中，于170°C攪拌反應(yīng)24h，出料，室溫晾干后經(jīng)切片即得。
[0017]實(shí)施例3
一種石墨烯改性聚甲醛復(fù)合材料的制備方法，具體為:將0.4g烷氧基化石墨烯與100g共聚甲醛加入到共混擠出機(jī)中，于180°C攪拌反應(yīng)2h，出料，室溫晾干后經(jīng)切片即得。
[0018]實(shí)施例4
一種石墨烯改性聚甲醛復(fù)合材料的制備方法，具體為:將0.6g烷氧基化石墨烯與100g共聚甲醛加入到共混擠出機(jī)中，于150°C攪拌反應(yīng)0.5h，出料，室溫晾干后經(jīng)切片即得。
[0019]實(shí)施例5
一種石墨烯改性聚甲醛復(fù)合材料的制備方法，具體為:將0.Sg烷氧基化石墨烯與100g共聚甲醛加入到共混擠出機(jī)中，于150°c攪拌反應(yīng)96h，出料，室溫晾干后經(jīng)切片即得。[0020]實(shí)施例6
一種石墨烯改性聚甲醛復(fù)合材料的制備方法，具體為:將Ig烷氧基化石墨烯與100g共聚甲醛加入到共混擠出機(jī)中，于180°c攪拌反應(yīng)72h，出料，室溫晾干后經(jīng)切片即得。
[0021]實(shí)施例7
一種石墨烯改性聚甲醛復(fù)合材料的制備方法，具體為:將0.1g氨基化石墨烯與100g共聚甲醛加入到共混擠出機(jī)中，于180°c攪拌反應(yīng)24h，出料，室溫晾干后經(jīng)切片即得。
[0022]實(shí)施例8
一種石墨烯改性聚甲醛復(fù)合材料的制備方法，具體為:將0.2g氨基化石墨烯與100g均聚甲醛加入到共混擠出機(jī)中，于200°C攪拌反應(yīng)12h，出料，室溫晾干后經(jīng)切片即得。
[0023]實(shí)施例9
一種石墨烯改性聚甲醛復(fù)合材料的制備方法，具體為:將0.4g氨基化石墨烯與100g均聚甲醛加入到共混擠出機(jī)中，于180°C攪拌反應(yīng)48h，出料，室溫晾干后經(jīng)切片即得。
[0024]實(shí)施例10
一種石墨烯改性聚甲醛復(fù)合材料的制備方法，具體為:將0.6g氨基化石墨烯與100g均聚甲醛加入到共混擠出機(jī)中，于220°C攪拌反應(yīng)12h，出料，室溫晾干后經(jīng)切片即得。
[0025]實(shí)施例11
一種石墨烯改性聚甲醛復(fù)合材料的制備方法，具體為:將0.Sg氨基化石墨烯與100g均聚甲醛加入到共混擠出機(jī)中，于180°c攪拌反應(yīng)2h，出料，室溫晾干后經(jīng)切片即得。
[0026]實(shí)施例12
一種石墨烯改性聚甲醛復(fù)合材料的制備方法，具體為:將Ig氨基化石墨烯與100g共聚甲醛加入到共混擠出機(jī)中，于200°C攪拌反應(yīng)10h，出料，室溫晾干后經(jīng)切片即得。
[0027]將上述各實(shí)施例所得改性聚甲醛復(fù)合材料分別進(jìn)行拉伸強(qiáng)度(參照IS0527標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行)、缺口沖擊強(qiáng)度(參照IS0179標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行)及斷裂伸長(zhǎng)率(參照IS0527標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行)性能測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)下表，表中給出了純聚甲醛的性能測(cè)試結(jié)果作為對(duì)照。由下表可以明顯看出，采用本發(fā)明方法制備所得的改性聚甲醛復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、缺口沖擊強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率性能明顯優(yōu)于純聚甲醛。
[0028]表1各實(shí)施例所得改性聚甲醛復(fù)合材料與純聚甲醛性能對(duì)比
【權(quán)利要求】
1.一種石墨烯改性聚甲醛復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:將改性石墨烯與聚甲醛按重量比0.0001~1:1加入到反應(yīng)器中，然后于140~220°C攪拌反應(yīng)0.1~96h，出料，室溫晾干后經(jīng)成型即得。
2.如權(quán)利要求1所述的石墨烯改性聚甲醛復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述的改性石墨烯為氨基化石墨烯或烷氧基化石墨烯。
3.如權(quán)利要求1所述的石墨烯改性聚甲醛復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述的聚甲醛為均聚甲醛或共聚甲醛。
4.如權(quán)利要求1所述的石墨烯改性聚甲醛復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述的反應(yīng)器為密煉機(jī)或共混擠出機(jī)。
5.如權(quán)利要求1所述石墨烯改性聚甲醛復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述的成型工藝為切片、注射、擠出、壓制、吹塑或澆鑄。
【文檔編號(hào)】C08L59/04GK103937146SQ201410137947
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月8日
【發(fā)明者】石家華, 陳躍文, 李潤(rùn)明 申請(qǐng)人:河南大學(xué)